vSwitchにSTPが不要な理由

1月 20, 2022

** 知っている人にとっては当たり前の内容です**

ESXiは多くの場合、冗長構成をとるために二つ以上のNICを利用し、それぞれ単一、もしくは別個の物理スイッチに接続されていると思います。

ESXiの物理NICはuplinkまたはvmnicとよばれ、ESXi内部にある仮想スイッチ（vSwitch）につながっています。

vSwitchはL2SWとしての役割をするため、物理スイッチをESXiの接続はスイッチ間接続となります。

図１：ネットワークトポロジ

vSwitchが物理スイッチと同等の動作をすると仮定した場合、この構成はループに相当します。

L2レベルでループがある場合は、ブロードキャストストームなどの問題が発生するためにSpanning Tree Protocol（STP）を設定する必要（最近では必ずしもそうとは言い切れないようですが。。。）があります。

ではvSwitchの場合でもSpanning Treeに参加する（ネットワークは専門外なので表現が間違っていたらすみません。。。）必要があるのでしょうか？

表題からもわかるように答えはNoです。

L2ネットワークでBPDUと呼ばれるパケットをやり取りすることでSpanning Treeが構成されますが、実際に、vSwitchではこのBPDUをDropしますので、vSwitchのUplinkがBlockされることはありません。

ではなぜ、vSwitchではトポロジ的にLoopであるにもかかわらずSpanning Treeが不要なのでしょうか？Loopによる問題は発生しないのでしょうか？

実はvSwitchはFloodingが必要な通信に対して特殊な動作をします。

その特殊動作のため、トポロジ的にLoopであっても問題は発生せず、Spanning Treeに参加する必要がないのです。

たとえば、ARPなどの外部からのブロードキャストフレームをuplink経由でvSwitchが受け取った場合、vSwitchに接続されるVMに対してはフレームを転送しますが、ほかのUplinkに対してはフレームを転送しません。

下図ではUplink1からBroadcast Packetを受信した際の動作を示しています。

Broadcast Packetは仮想スイッチに接続されるVMに対して転送されますが、uplink2へは転送されません。

図2：外部からのBroadcast PacketはほかのUplinkへ転送されない

またUnknown Unicast（フレームの宛先MACアドレスがMACアドレステーブルにない場合）を外部からUplink経由で受け取った場合、普通の物理L2SWであればFloodingして宛先を探すことになりますが、vSwitchの場合は宛先MACアドレスに一致するVMがいない場合はそのパケットをドロップし、他のUplinkからFloodingすることはありません。

このような動作をするはvSwitchがあくまで仮想マシンのための通信であって、その他のNodeとの通信を転送する必要がないためだと思われます。

その結果、STPによりBlockされるポートがないため、帯域を損なうことがありません。

言うまでもないことかもしれませんが、ESXi上で稼働するVM起因のBroadcastやUnknown UnicastはちゃんとUplinkへ転送されますのでVMの動作に問題が出ることはありません。